化工热力学补充PPT学习课件

1、 低碳能源 低碳能源包含三方面的内涵: 1.广泛利用无碳能源如核能、水能、太阳能、风能、海洋能、地热能等； 2. 高碳能源的低碳利用和CO2富集与资源化 3.提高能源利用效率和节能减碳。 中国能源的现状 中国是一个严重依赖化石能源的国家，可再生能源消费比例低于世 界平均水平 世界能源结构中世界能源结构中 化石燃料占化石燃料占88% 中国能源结构中化石中国能源结构中化石 燃料占燃料占94% 2006年我国原油 进口依存度已达47 。 2008年已达 52%。 能源供应低于能源消费的趋势有增无减。20世纪90年代至今的10余年间，能源生产总量的年均增长为3.3%， 能源消费的年均增长为4.2%，相

2、差约0.8个百分点。（中国能源报告） 全球一次能源需求累计增长情况 从2007年到2030年全球一次能源需求累计增长情况（参考情景） 其他包括生物质能、风能、地热能、太阳能、潮汐能 2008年IEA Energy Technology Perspective推估，2050年全球拟降低480亿吨CO2 (BLUE Map scenario)之关键技术： 1.使用端：能源效率提升为关键占47%。 2.供给端：再生能源占21%，其次是碳捕获与封存。 WEO2007 450 ppm case ETP2008 BLUE Map scenario BLUE Map Emissions 140亿吨 Base

3、line Emissions 620亿吨 CO2 emissions (Gt CO2/yr) 0 10 20 30 40 50 60 2005201020152020202520302035204020452050 能源使用端效率(47%) 碳捕获与封存(19%) 核能发电(6%) 发电效率(7%) 再生能源(21%) 数据源: International Energy Agency, Energy Technology Perspective, 2008. 核能 核能制氢系统 太阳能太阳能 Power Towers 太阳能热气流发电 风能风能 WTC Turbine Layout 地热能地热

4、能 海洋能海洋能 La Rance Tidal Power Station 波浪能供电的灯光浮标波浪能供电的灯光浮标 盐差能 化石燃料的燃烧（约占CO2排放总量）和地球植被的破 坏是CO2浓度增加的主要原因，能源工业同时也是甲烷气体的 一个重要的产生源（约占总量的）。 据统计，现在全球每年因燃煤而产生的CO2就高达。因 此，能源产业成为减少温室气体排放行动的焦点。 高碳能源的低碳利用 洁净煤技术（CCT）是以“高效转换、污染控制以及向发展中国家输出先进燃煤技术和装备”为目标的 跨世纪计划。这一计划的根本目的是高效清洁利用煤炭，以达到减少碳排放的目标。 各种发电方式下每千瓦时排放 CO2折合碳单

5、位（g） 发电方式发电方式燃煤燃煤燃油燃油 天然气天然气 核能核能水力水力风能风能光能光能地热地热 燃料排放燃料排放246246188188138138 设备运行排放设备运行排放2424121240405.75.74.84.833.733.734.734.76.36.3 总排放总排放2702702002001781785.75.74.84.833.733.734.734.76.36.3 方方 式式P C + F G DC F BP FB CIG C C 价价 格格10090100150(现现 )， 110(未未 来来 ) 效效 率率 %38/47*38/45*4042/47*4345 不同发电

6、方式的技术经济比较不同发电方式的技术经济比较 * * 亚临界亚临界/ /超临界超临界 发电效率与排放量 *当使用转换反应时为40。 发电方式发电方式效率（）效率（）CO2干浓度（）干浓度（） 发电成本发电成本美分美分/(kWh) 烟气天然气的煤粉锅炉烟气天然气的煤粉锅炉39.939.914144.94.9 燃用天然气联合循环燃用天然气联合循环52524 43.53.5 整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环41.741.77（40*）5.25.2 CO2回收回收32.832.891917.787.78 将煤转换成可燃气体，供燃气机燃用，以煤气化设备取 代锅炉，从而能更好地实现高品位煤化学能的梯级

7、应用。 脱硫效率达96-97%，。 燃料电池和IGCC组合的联合循环示意图 空气分离 气化高温净化 空空气气 煤煤 石石油油焦焦 生生物物质质 O 2 N 2,Ar 天然气 热/电/冷 联产 IGCC or GCC 化工产品 液体燃料 其他 合合成成气气 重整 蒸蒸汽汽 气体分离 热/电/冷 联产 燃料 电池 大规模 发电 埋存干冰化工 藻类 生长 CO 2+H2 CO 2 H 2 商业楼宇 住宅 强化石油和 煤层气开采 节能的重要性 “节约能源,保护资源”是我国新时期实现可持续发展的伟大战略的保证和手段。提高能源利用效率，节约能 源已成为低碳能源重要组成部分。 节能也是一种资源 若干重要的节

8、能技术 分布式能源系统 地源热泵系统 工业窑炉的节能技术 新型、高效换热器 强化传热技术 余热回收技术 分布式能源系统（Distributed Energy System， DES） 指分布在用户端的能源综合利用系统。分布式能源系统可以利用的各种清洁能源，实现近距离供能，并 直接满足终端用户多种能源（如电、热、冷）需求。 分布式能源系统 DES的主要特征包括以下六个方面： 燃料的多元化 设备的小型、微型化 冷热电联产 网络化 智能化控制和信息化管理 高标准的环保水平 分布式能源系统（续） DES是一个开放的、灵活组合的系统， 组成： 发电设备（汽轮机、燃气轮机、微型涡轮机、内燃机或燃料电池）、

9、 供热或制冷设备（溴化锂吸收式冷热水机组、电制冷机组）、 热泵、 干燥和能源回收系统、 锅炉或蓄热蓄冷系统、汽水热交换器、 蒸汽参数的调节装置以及智能建筑的热电控制 DES具有以下优点： 1）使用吸收式制冷机组实现余热回收，提供空调或工艺用冷，能源效率 可提高到70以上； 2）设备靠近用户，热量、冷量和电量可直接使用，大大减少了输配电设 备的投资和电网的输送损失同时增加了系统的质量和可靠性； 3）有助于缓解电力高峰负荷，提高电网供电安全。目前大多数空调器以 电力为动力，在夏季用电负荷中，空调负荷几乎占总负荷的25%，从而电 力峰谷差增大，庞大的电网不堪重负，DES有助于改善这种状况； 4）装置

10、容量小、占地面积小，初投资少，效益好。户可以直接投资建设 小型的分布式能源冷热电三联供系统； 5）回收期短，一般只要23年。 采用常规能源的DES系统 锅炉前置循环余热利用系统 燃气轮机前置循环余热利用系统 采用可再生能源的DES系统 锅炉前置循环余热利用方案图 燃机余热锅炉蒸汽溴化锂空调方案 燃机烟气直燃溴化锂空调方案 内燃机前置循环余热利用方案 可再生能源的DES系统 燃气轮机太阳能辅助循环系统 太阳能（风能）燃料电池联合循环系统 燃料电池小型燃气轮机联合循环系统 小型燃气轮机三联产系统植物大棚（工厂）联合循环系统 燃气轮机热泵联合循环系统 地源热泵 2010-11-15水源热泵和土壤源热

11、泵，其最大的优点是高效、节能、环保。热泵分类:热泵以能源来源可分 水源热泵、土壤源热泵、空气源热泵。 热泵以新型制冷剂分:R407C、R410A、R134a新型绿色制冷剂代替R22。 地源热泵主要有以下几种形式： 地下水热泵 河湖水源热泵 土壤热泵 地源热泵系统示意图 室外地能 换热系统 水循环 水源热泵 机组 水或空气 循环 室内末端 系统 空气源热泵热水机组工作原理图 技术节能干熄焦 干法熄焦是利用冷的惰性气体在干熄 炉内与炽热的红焦换热，从而冷却焦 碳；吸收了红焦热量的惰性气体和干 熄焦的余热锅炉进行热交换，并产生 中压或高压蒸汽；蒸汽可用于发电也 可作为焦化厂的车间用汽或采暖等。 被冷

12、却惰性气体再由循环风机鼓入干 熄炉，进行循环冷却焦碳。 焦炉煤调湿技术（CMC） 煤调湿 煤调湿煤干燥 煤调湿煤预热 煤调湿有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。 我国焦化厂炼焦煤含水量普遍偏高，平均含水在11%左右。大量水消耗大 量煤气热能，造成煤气资源浪费。 利用废热（上升管热煤气和烟道废气的热量） 对装炉煤进行干燥处理，保 持装炉煤水分稳定在6%左右，然后装炉炼焦。 煤调湿工艺流程： 回转式多管干燥机煤调湿 流化床干燥机煤调湿 焦炉煤调湿技术（CMC） 流化床煤调湿技术工艺流程示意图 焦炉煤调湿技术（CMC） 强化传热技术 目前强化传热技术有两类：一类是耗功强化传热技术，一类是无功

13、强化传热技术。 前者需要应用外部能量 来达到强化传热的目的，后者不需外部能量。 强化传热技术已广泛应用于电力、化工、炼油、制冷、低温、冶金、建材、环保、航天、航空、食品、轻 工、医药等部门 余热回收技术 余热资源 1）高温烟气余热 2）可燃废气、废液、废料的余热 3）高温产品和炉渣的余热， 4）冷却介质的余热 5）化学反应余热 6）废气、废水的余热 余热利用的途径 余热的直接利用 1）预热空气 2）干燥 3）生产热水和蒸气 4）制冷 余热发电 1）用余热锅炉（又称废热锅炉）产生蒸气，推动汽轮发电机组发电。 2）高温余热作为燃汽轮机的热源，利用燃气轮发电机组发电。 3）如余热温度较低，可利用低沸

14、点工质，如正丁烷，来达到发电的目的。 余热的综合利用 根据工业余热温度的高低，采用不同的利用方法，实现余热的梯级利用，以达到“热 尽其用”的目的 余热回收装置流程图 余热回收装置 冷空气 常温 预热空气 900 烟气 1000 低温烟气 200 气-气余热回收系统 在气-气余热回收系统中，高温废气和 待加热的新风各自流经热交换器的不 同通路，高温废气中的热能经过换热 器的内部导热元件转移到新风中，自 身温度降低，新 风温度升高，从而完 成热交换过程。用于和高温废气进行 换热的介质也可以是生产排出尚未进 入废气处理装置的废气，经过换热后， 其温度升高，可以大大降低废气 处理 装置的能源消耗。 水

15、-气余热回收系统 在水-气余热回收系统中，高温废气和待加 热的用水各自流经热交换器的不同通路，高 温废气中的热能经过换热器的内部导热元件 转移到用水中，自身温度降低，水 的温度升 高，从而完成热交换过程。用于和高温废气 进行换热的介质也可以是生产热水和生活热 水，要根据工厂的实际情况确定。如：前处 理的脱脂、水洗用热水。 陶瓷窑炉余热回收 冷凝余热回收节能装置原理图 蓄热式的余热回收装置 锅炉前置循环余热利用方案图 燃机烟气直燃溴化锂空调方案 可再生能源的DES系统 燃气轮机太阳能辅助循环系统 太阳能（风能）燃料电池联合循环系统 燃料电池小型燃气轮机联合循环系统 小型燃气轮机三联产系统植物大棚（工厂）联合循环系统 燃气轮机热泵联合循环系统 余热利用的途径 余热的直接利用 1）预热空气 2）干燥 3）生产热水和蒸气 4）制冷 余热发电 1）用余热锅炉（又称废热锅炉）产生蒸气，推动汽轮发电机组发电。 2）高温余热作为燃汽轮机的热源，利用燃气轮发电机组发电。 3）如余热温度较低，可利用低沸点工质，如正丁烷，来达到发电的目的